升级到锂离子电池的电源管理系统分析.doc
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1、升级到锂离子电池的电源管理系统分析由于便携电子系统变得越来越精巧,在选择电池之前,需要对整个电源管理系统进行深入的分析。现在,许多制造商考虑选用锂离子电池,因为同较老的电池技术相比,这种电池有许多优点。然而,我们不能通过简单地用锂离子电池更换较老电池技术的方式来实现升级。确定升级可行性的第一步是全面描述原系统的电池使用特性(图1),包括:温度范围、放电特性、充电机制、预期的存放寿命和运输要求。除预期的应用之外,还应考虑其它方面的特性。例如,在环境温度超常时,对于额定值相同但生产厂家不同的电池,性能(如负载下的电压输出和运行时间)可能有很大不同。存放寿命是选择电胞(cell)化学类型的重要依据,
2、或者说,自放电速率是我们选择电胞化学的决定性参数。要理解电池电源管理,我们必须清楚典型便携系统电池包的主要元件(图2)。电池电胞提供原发能源,电池包内部的智能电子线路实现一些特殊的功能,如:根据电胞的残存容量确定电池电量的“电量表(Fuel gauge)” 、保护电路(对锂离子电池) 、监视电池包内部温度的热传感器、指示电池包或电胞状态的LED,以及与相关的宿主系统对话的串行数据通讯总线、另外,还应考虑系统的封装问题:可与宿主系统进行物理和电气接口的定制塑料外壳;吸收外部冲击及保持或散掉电池包所产生的热量的绝缘材料。为什么采用锂离子技术?与其它可充电化学电池相比,锂离子电池具有许多优点,包括能
3、量密度更高、重量更轻、寿命更长、容量保持能力强、可承受更宽的环境温度变化和容许更大的电流。采用串联和并联的方式把电胞组合起来可提供支持复合应用所需要的电压和容量,这是其它技术所做不到的(或因成本过高而缺乏实用价值)。锂离子电池可提高能量密度的主要原因是电胞的电压更高(图3)。另外,与其它化学电池相比,锂离子电池对环境更友好。如果电池可靠且保护电路和充电器设计合理,现代锂离子电池包可保证较高的安全性。在消费电子产品(如膝上型电脑和蜂窝电话)推动下,锂离子电池的成本由于生产量增大而降低。锂离子电池的成本通常与镍金属氢化物(NiMH)电池相当,但锂离子电胞的工作电压更高(3.6对1.2V),对于同样
4、的电压要求,锂离子电池可使用更少的电胞。由于尺寸和形状参数比传统电胞小,锂离子电胞有更大的设计灵活性。锂离子电胞的外形有圆柱形(传统的镍镉电池和镍金属氢化物电池所使用的性状)和菱柱形(扁平形,像薄薄的盒子),还有外形可定制的聚合物电胞(超薄,用软膜封装)。另外,由于在锂离子化合物中不含重金属,同密封铅酸、镍镉(NiCd)或NiMH可充电技术相比,锂离子电池更加环境“友好”。电池寿命通常以充放电次数来衡量。在正确使用的情况下,电池寿命应达到充电300到500次。虽然这个范围较宽,但由于电池的用途和设计考虑不同,存在这样的差别是正常的。当不能达到其初始或额定容量的80%时,电池的寿命终止。锂离子电
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